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Como a física impulsionou o design das bombas atômicas derrubadas no Japão

Para muitos cientistas envolvidos no Projeto Manhattan, a corrida para construir uma bomba atômica foi uma dura batalha entre a vida e a morte. Não havia como negar a força destrutiva da tecnologia ou seu inevitável pedágio civil. Depois dos atentados a bomba contra Hiroshima e Nagasaki, ocorridos há 70 anos, o diretor científico J. Robert Oppenheimer relembrou seus sentimentos ao ouvir as notícias, citando um texto hindu: "Agora sou a Morte, o destruidor de mundos. "

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Mas nas garras da Segunda Guerra Mundial, com cientistas alemães trabalhando furtivamente na mesma tecnologia, Oppenheimer e outros físicos nos EUA estavam profundamente focados na tarefa de criar a primeira arma nuclear do mundo. E dentro dos confins secretos do Laboratório Nacional Los Alamos, uma batalha interna foi travada entre dois grupos com idéias opostas sobre como entregar a carga mortal.

Em última análise, dois tipos de bombas usando diferentes materiais radioativos caíram no Japão com apenas alguns dias de diferença, codinome Little Boy and Fat Man. Mas se os cientistas tivessem conseguido em suas primeiras tentativas, ambas as bombas poderiam ser chamadas de Thin Man.

O núcleo de um átomo é um lugar mais variável do que você imagina. No fundo, um átomo contém uma mistura de partículas chamadas prótons e nêutrons, que se combinam para dar ao átomo sua massa e sua personalidade elementar única. Enquanto todos os átomos de um determinado elemento químico têm o mesmo número de prótons, a contagem de nêutrons pode variar, produzindo isótopos de diferentes massas. Mas, como uma jangada superlotada, alguns isótopos oscilam à beira da estabilidade e são propensos a lançar espontaneamente o excesso de energia e partículas na forma de radiação. Com o tempo, os isótopos radioativos decaem naturalmente em configurações mais estáveis ​​e até mesmo em novos elementos em uma cadeia de eventos razoavelmente previsível.

Aproveitar o átomo para criar uma explosão não pareceu realista até 1939, quando cientistas em Berlim conseguiram dividir deliberadamente um átomo de urânio em elementos mais leves. Induzido no caminho certo, esse processo de fissão nuclear pode liberar enormes quantidades de energia - de acordo com relatórios iniciais do New York Times, a bomba lançada em Hiroshima explodiu com a força de 20.000 toneladas de TNT, embora essa estimativa tenha sido rebaixada desde então. para 15.000 toneladas.

Em uma carta de 1939 ao presidente americano Franklin Roosevelt, Albert Einstein alertou sobre o experimento de fissão e os esforços nazistas para construir uma arma. Logo depois, os cientistas mostraram o quanto de urânio seria necessário para atingir massa crítica e detonar uma bomba de fissão, e eles provaram que eles também poderiam usar plutônio para a tarefa. Em 1941, o Projeto Manhattan juntou-se à corrida para desenvolver uma bomba atômica em funcionamento.

Oppenheimer, a princípio, depositou sua fé em um design denominado Thin Man, uma longa e fina bomba tipo pistola. Ele dispararia um plug de material radioativo em um alvo feito do mesmo material, de modo que as forças combinadas de compressão e aumento de massa desencadeassem a reação em cadeia que levaria a uma explosão de fissão. Como um hedge, outra equipe estava investigando uma bomba de implosão, que comprimiria uma massa subcrítica de material em um núcleo cercado por explosivos. Quando as cargas disparavam, a bola de material era espremida do tamanho de uma toranja para a de uma bola de tênis, atingindo massa crítica e detonando a bomba.

Um bombardeiro Boeing B-29 Superfortress gira para trás sobre o poço da bomba para ser carregado em Tinian, nas Ilhas Marianas. (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) A bomba Little Boy repousa sobre um elevador hidráulico. (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) A bomba do Homem Gordo é checada em sua carreta de transporte. (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) A bomba Little Boy está pronta para ser carregada no bombardeiro B-29 da Enola Gay . (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) O núcleo de implosão da bomba Fat Man está pronto para ser colocado dentro da carcaça. (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) Um elevador hidráulico levanta a bomba de Little Boy na baía do avião. (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) Homem gordo sendo levantado em um elevador sobre o poço da bomba antes de carregar no B-29 Bockscar . (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) A bomba do menino pequeno dentro da baía do Enola Gay . (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico) Deak Parsons foi uma das várias pessoas a assinar seus nomes na cauda da bomba Fat Man. (Cortesia da Fundação do Patrimônio Atômico)

O design de implosão era elegante, mas a física era menos certa, e é por isso que o modelo de arma teve prioridade. Após cerca de quatro meses, porém, os cientistas do projeto perceberam que o Homem Magro não iria trabalhar com a fonte de combustível desejada, o isótopo radioativo plutônio-139. O Hanford Site, no sudeste do Estado de Washington, foi construído em 1943 com o propósito expresso de bombear plutônio para uso militar, e descobriu-se que o material de seus reatores tinha uma falha fatal.

"O projeto do plutônio Thin Man teve que ser abandonado por causa do alto risco de pré-detonação", diz Barton Hacker, historiador de tecnologia militar do Museu Nacional de História Americana do Smithsonian. Isso não é tão assustador quanto parece - significa simplesmente que o plug e o alvo perderiam seu poder destrutivo antes que a bomba pudesse realmente disparar. "O plutônio disponível emitiu muitos nêutrons, desencadeando uma reação nuclear antes que a massa crítica pudesse ser atingida, resultando no que os físicos chamaram de fracote".

A emissão de nêutrons do urânio era baixa o suficiente para permitir que um tipo de arma atingisse uma massa crítica, mas a oferta era severamente limitada. "O plutônio pode ser produzido mais rapidamente do que o urânio para armas", diz Hacker. "O projeto da arma certamente funcionaria, mas não havia urânio suficiente para mais de um em 1945".

A bomba de Little Boy que caiu em Hiroshima em 6 de agosto de 1945, era a descendência do Homem Magro, uma bomba menor que carregava uma carga de urânio. Enquanto isso, a bomba lançada sobre Nagasaki em 9 de agosto foi um dispositivo de implosão, o Fat Man, movido a plutônio. Seu design foi cerca de dez vezes mais eficiente e gerou uma força explosiva maior, equivalente a cerca de 21.000 toneladas de TNT, de acordo com estimativas modernas. Embora a bomba de Little Boy fosse menos eficiente e menos potente, destruiu mais a área ao redor de Hiroshima porque o terreno montanhoso ao redor de Nagasaki restringia o raio de explosão do Homem Gordo. Ainda assim, na esteira dos atentados, a implosão tornou-se o principal projeto para o armamento nuclear na era da Guerra Fria.

"Pelo que sei, o único projeto do tipo de arma já detonado depois de Hiroshima foi um de um projétil de artilharia nuclear testado em Nevada em 1953", diz Hacker. "Todo o resto eram projetos de implosão. Os projetos do tipo Gun eram confiáveis, mas ineficientes, usando mais material nuclear para os mesmos resultados dos dispositivos de implosão. Eles permaneceram no estoque como granadas de artilharia, mas nenhum outro foi detonado."

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